高速鐵路車-線-橋動力分析理論及橋上軌道激勵影響研究.pdf

1、隨著我國經濟的迅速發(fā)展以及對運輸服務質量要求的提高，列車速度不斷提高，鐵路橋梁的振動問題日趨突出，列車-軌道-橋梁耦合振動的精細分析顯得越來越重要。同時，高速鐵路對線路的平順性限制很嚴格，而橋上線路激勵（軌道不平順和徐變變形）給高速鐵路安全運營帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，本文以我國高速鐵路大建設為背景，在國家自然科學基金項目“基于格子Boltzmann方法的車-線-橋耦合動力分析及應用（51078164）”資助下，針對列車-軌道-橋梁系統耦合

2、振動以及橋上軌道激勵影響的問題，展開了較深入的研究。主要研究內容和取得的成果如下：
　　(1)根據子結構的思想詳細推導了橋梁、軌道和車輛的振動方程，進而建立了基于非線性Hertz接觸理論的列車-軌道-橋梁豎向振動有限元模型，編制了相應的分析程序。該模型摒棄了輪軌密貼假設，考慮了輪軌相對運動，適用于輪軌線性和非線性接觸。采用編制的程序研究了輪軌接觸模型、接觸剛度和脈沖型尖點不平順的影響，模擬了輪對瞬時脫離現象。
　　(2)推導

3、了任意長度組合的軌道-橋梁耦合單元，研究了軌道和橋梁單元長度的影響，結果表明采用較大的橋梁單元并細化軌道單元能達到滿意的精度和效率，軌道單元長度對計算結果影響很大，列車最小軸距間軌道單元數不應少于2個。將這種組合單元應用于變截面連續(xù)梁橋，建立了基于橋梁施工節(jié)段長度的系統模型，既提高了計算效率，又方便了建模。此外，討論了不同線路等級不平順的影響。
　　(3)在前面豎向模型的基礎上，根據蠕滑理論計算輪軌橫向力，建立了列車-軌道-橋梁系

4、統空間振動有限元方程，編制了相應的分析程序。該模型考慮了輪軌空間作用關系，也考慮了橋上線路偏心和軌道受力偏心的影響。通過數值算例說明了所編程序準確性，分析了橋梁阻尼、橋墩基礎剛度和線路偏心對系統響應的影響。
　　(4)提出了任意子波長區(qū)間的軌道隨機不平順生成方法，討論了其可靠性，并在時域上比較了不同軌道譜的軌道不平順特性。結合我國高速鐵路現狀，采用前面編制的空間分析程序，研究了軌道高低不平順和方向不平順的敏感波長區(qū)間，也討論了統計

5、分析軌道不平順對中小跨徑橋梁影響的必要性。
　　(5)根據室內試驗結果對現有混凝土徐變模型進行了修正，預測了箱梁徐變上拱發(fā)展歷程，進而考慮橋梁和軌道結構的相互作用，討論了多跨簡支梁橋徐變上拱引起的軌道變形。分析發(fā)現，修正的徐變預測模型精度較高，軌道結構對梁端折角具有明顯的緩和作用。在討論橋梁徐變變形對輪軌接觸關系影響的基礎上，分析了橋梁徐變變形對系統動力響應的影響，研究了采取延長半年鋪軌措施的動力控制效果，探討了橋梁徐變變形和軌道